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玻璃料抗生物涂层

阅读:20发布:2020-05-11

专利汇可以提供玻璃料抗生物涂层专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且具有在基材上的玻璃层的制品。该玻璃层通过金属或金属 合金 具有抗 微 生物 性质。使用可通过丝网印刷沉积的掺杂的玻璃料来制备玻璃层。可匹配玻璃层和基材的CTE。,下面是玻璃料抗生物涂层专利的具体信息内容。

1.一种制品,其包括基材;以及在该基材上的包含金属、金属合金或其组合的玻璃层,其特征在于,所述包含金属、金属合金或其组合的玻璃层是玻璃料与金属、金属合金或其组合的烧制混合物,其中金属、金属合金或其组合分散在整个所述玻璃层中和所述玻璃层的表面处,以及其中所述玻璃层具有抗生物性质。
2.如权利要求1所述的制品,其特征在于,所述金属、金属合金或其组合包括、钯、铂、金、镍、锌或其组合。
3.如权利要求1所述的制品,其特征在于,所述金属、金属合金或其组合包括铜。
4.如权利要求2或权利要求3所述的制品,其特征在于,所述铜是选自下组:Cu离子、金属铜、胶体铜、铜纳米颗粒及其组合。
5.如权利要求2、3或4所述的制品,其特征在于,所述铜处于还原状态。
6.如权利要求1或权利要求5所述的制品,其特征在于,基材和玻璃层的热膨胀系数相-7
互之差异在±10x10 /℃之内。
7.如权利要求1或5所述的制品,其特征在于,以摩尔%计,所述玻璃料具有包含以下组分的组成:
40-80 SiO2;
0-15 Al2O3;
0-40 B2O3;
0-15 M2O,其中M是金属;
0-15 RO,其中R是碱土金属;和
0.5-15 Cu、Ag或其组合。
8.如权利要求7所述的制品,其特征在于,所述组合物还包含0-5摩尔%的ZnO、SnO2、ZrO2、TiO2。
9.如权利要求7所述的制品,其特征在于,以摩尔%计,所述玻璃料具有包含以下组分的组成:
40-80 SiO2;
0-15 Al2O3;
0-40 B2O3;
1-15 M2O,其中M是碱金属;
1-15 RO,其中R是碱土金属;和0.5-15Cu、Ag或其组合。
10.如权利要求9所述的制品,其特征在于,所述组成包含10-40 B2O3。
11.如权利要求9所述的制品,其特征在于,所述组成包含5-15 Al2O3。
12.如权利要求1或5所述的制品,其特征在于,以摩尔%计,所述玻璃料具有包含以下组分的组成:
0-10 Al2O3;
0-60 P2O5;
0-10 B2O3;
0-50 M2O,其中M是碱金属;
0-15 RO,其中R是碱土金属;和
0.5-15 Cu、Ag或其组合。
13.如权利要求9所述的制品,其特征在于,以摩尔%计,所述玻璃料具有包含以下组分组成:
1-10 Al2O3;
30-60 P2O5;
1-10 B2O3;
10-50 M2O,其中M是碱金属;
1-15 RO,其中R是碱土金属;和
0.5-15 Cu、Ag或其组合。
14.如权利要求9,10,11,12或13所述的制品,其特征在于,M是Na、Li或其组合。
15.如权利要求1或权利要求5所述的制品,其特征在于,所述玻璃层的厚度为1-20微米。
16.如权利要求1或5所述的制品,其特征在于,所述基材由选自以下的材料组成:玻璃、化学强化玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、金属、木材、塑料、瓷器或其组合。
17.如权利要求1或5所述的制品,该制品的对数减少≥1。
18.如权利要求1或权利要求5所述的制品,其特征在于,所述基材包含酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃。

说明书全文

玻璃料抗生物涂层

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年11月30日提交的美国临时申请系列第61/731,765号的优先权,本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此犹如在下文中全部描述。

技术领域

[0003] 本发明涉及抗微生物涂层,具体来说,涉及包含玻璃料的抗微生物涂层。
[0004] 背景
[0005] 在许多地方例如公共场地例如医院、图书馆和行(仅列举几个),非常需要抗微生物材料特别是表面上的抗微生物涂层,从而通常通过帮助防止病毒或细菌在人与人之间携带和传播来帮助防止疾病传播。和银是两种已经使用的抗微生物金属。从2008年起,铜(Cu)已经被美国环保局(EPA)官方证实为抗微生物材料。
[0006] 近年来,已经做出许多尝试来建立制造基于Cu的材料,包括基于Cu的合金的方法和工艺,用于抗微生物应用。但是,许多基于Cu的抗微生物材料面临两个巨大的技术挑战,其中一个是(1)低抗微生物活性,另一个(2)是抗微生物活性的低寿命。已知的基于Cu的抗微生物材料具有低抗微生物活性,原因在于,在大多数情况下,含活性Cu的材料对于Cu的包含方式使得铜与细菌或病毒之间不能容易地发生接触。该接触对于使得铜或者源自铜的铜离子进入细菌或病毒是必需的。
[0007] 概述
[0008] 一种实施方式是一种制品,其包括基材;以及在该基材上的包含金属、金属合金或其组合的玻璃层,其中包含金属、金属合金或其组合的玻璃层是玻璃料(frit)与金属、金属合金或其组合的烧制混合物,其中金属、金属合金或其组合分散在整个玻璃层和玻璃层的表面处,以及其中玻璃层具有抗微生物(antimicrobial)性质。
[0009] 在以下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点,其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言,根据所作描述就容易看出,或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。
[0010] 应理解,前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的,用来提供理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个或多个实施方式,并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。
[0011] 附图简要说明
[0012] 图1所示是根据一些实施方式的制品。
[0013] 详细描述
[0014] 下面详细参考抗微生物复合材料及其在涂层中的使用的各种实施方式,这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能,在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
[0015] 本文所用术语“抗微生物”指的是试剂或材料或者含试剂或材料的表面,它们能够杀灭或者抑制来自至少两族细菌、病毒和真菌的微生物的生长。本文所用的术语并不表示它能够杀灭或抑制该族中所有微生物物种的生长,而是能够杀灭或抑制一种或多种来自该族的微生物物种的生长。
[0016] 本文所用术语“对数减少”或者“LR”表示Log(Ca/C0),其中Ca是含铜离子抗微生物表面的菌落形成单位(CFU)数量,C0是不含铜离子的对照玻璃表面的菌落形成单位(CFU)数量。即,
[0017] LR=─Log(Ca/C0),
[0018] 例如,对数减少等于4表示杀灭了99.9%的细菌或病毒,对数减少等于6表示杀灭了99.999%的细菌或病毒。
[0019] 图1所示的一种示例实施方式是制品100,其包括基材10;以及在该基材上的包含金属、金属合金或其组合的玻璃层12,其中包含金属、金属合金或其组合的玻璃层是玻璃料和金属、金属合金或其组合的烧制混合物,其中金属、金属合金或其组合分散在整个玻璃层和在玻璃层的表面处,以及其中玻璃层具有抗微生物性质。
[0020] 金属、金属合金或其组合可以是铜、银、钯、铂、金、镍、锌及其组合,例如,金属可以是铜或银,或者金属合金可以是铜合金,例如铜镍或铜铬。在一些实施方式中,至少10体积%的金属、金属合金或其组合是还原状态。在一些实施方式中,金属是Ag离子。在一些实施方式中,金属是Cu。在一些实施方式中,金属是Ag离子和Cu的组合。在一些实施方式中,金属是Ag离子和还原的Cu的组合。在一种实施方式中,金属是铜,铜处于还0 +1
原状态,例如,Cu,Cu ,或其组合。相比于处于化状态的铜,处于还原状态的铜具有有益的抗微生物活性,其与氧气,例如空气中的氧气接触时会被氧化。因此,优选地铜可处于
0 +1
还原状态,例如Cu,Cu ,或其组合,其百分比含量为至少约10体积%。当金属合金是铜
0 +1
合金时,铜合金中的铜可优选地处于还原状态例如Cu,Cu ,或其组合,其百分比含量为铜总量的至少约60体积%,例如,约60-约100%,约61-约100%,约62-约100%,约
63-约100%,约64-约100%,约65-约100%,约66-约100%,约67-约100%,约
68-约100%,约69-约100%,约70-约100%,约71-约100%,约72-约100%,约
73-约100%,约74-约100%,约75-约100%,约76-约100%,约77-约100%,约
78-约100%,约79-约100%,约80-约100%,约81-约100%,约82-约100%,约
83-约100%,约84-约100%,约85-约100%,约86-约100%,约87-约100%,约
88-约100%,约89-约100%,约90-约100%,约91-约100%,约92-约100%,约
93-约100%,约94-约100%,约95-约100%。
[0021] 金属、金属合金或其组合可为颗粒,且可具有下述的平均粒度:约2纳米-约4微米,例如,约5纳米-约4微米,约10纳米-约4微米,约25纳米-约4微米,约50纳米-约4微米,约75纳米-约4微米,约100纳米-约4微米,约125纳米-约4微
米,约150纳米-约4微米,约175纳米-约4微米,约200纳米-约4微米,约225纳
米-约4微米,约250纳米-约4微米,约275纳米-约4微米,约300纳米-约4微
米,约325纳米-约4微米,约350纳米-约4微米,约375纳米-约4微米,约400纳
米-约4微米,约425纳米-约4微米,约450纳米-约4微米,约475纳米-约4微
米,约500纳米-约4微米,约525纳米-约4微米,约550纳米-约4微米,约575纳
米-约4微米,约600纳米-约4微米,约625纳米-约4微米,约650纳米-约4微
米,约675纳米-约4微米,约700纳米-约4微米,约725纳米-约4微米,约750纳
米-约4微米,约775纳米-约4微米,约800纳米-约4微米,约825纳米-约4微
米,约850纳米-约4微米,约875纳米-约4微米,约900纳米-约4微米,约925纳
米-约4微米,约950纳米-约4微米,约975纳米-约4微米,约1微米-约4微米。
在一些实施方式中,颗粒的平均粒度为约200纳米-约4微米,例如,约200纳米-约
3.9微米,约200纳米-约3.8微米,约200纳米-约3.7微米,约200纳米-约3.6微
米,约200纳米-约3.5微米,约200纳米-约3.4微米,约200纳米-约3.2微米,约
200纳米-约3.1微米,约200纳米-约3.0微米,约200纳米-约2.9微米,约200纳
米-约2.8微米,约200纳米-约2.7微米,约200纳米-约2.6微米,约200纳米-约
2.5微米,约200纳米-约2.4微米,约200纳米-约2.3微米,约200纳米-约2.2微
米,约200纳米-约2.1微米,约200纳米-约2.0微米。
[0022] 在一些实施方式中,玻璃层的平均厚度是1-20微米。为了增加厚度,可把多层玻璃料施涂到基材。在这种情况下,各玻璃层的平均厚度可为1-20微米(即10层玻璃料层在烧制后可分别具有15微米的厚度且总厚度为150微米)。
[0023] 所述基材可以是玻璃、化学强化玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、金属、木材、塑料、瓷器或其组合。基材或制品可以是例如,抗微生物柜、桌面、台面、地砖、墙壁、床栏以及医院、实验室和处理微生物物质的其他机构中的其他应用。在一些实施方式中,基材可为多层-7的。在一些实施方式中,基材和玻璃层的热膨胀系数相互的差异在+10x10 /℃之内,例-7 -7 -7 -7 -7
如,+9x10 /℃,例如,+8x10 /℃,例如,+7x10 /℃,例如,+6x10 /℃,例如,+5x10 /℃,-7 -7 -7 -7
例如,+4x10 /℃,例如,+3x10 /℃,例如,+2x10 /℃,例如,+1x10 /℃。
[0024] 还原铜例如把Cu+1还原成Cu0的典型方法包括用H2SO4处理Cu+1。发生歧化反应,+1 +1 +2 +2这浪费了约50体积%的初始Cu ,因为一半的Cu 转变成Cu ,所述 Cu 会在清洗步骤中被清洗掉。因而,在一个实施方式中,所述方法包括氢气还原过程。氢气还原过程可包括+1 0
在包括氢气、氮气或其组合的还原气氛中把Cu 还原成Cu 。氢气还原过程可包括本文所述的制品在H2、N2,或具有6-8%H2(重量)的H2/N2混合物中于约300℃-约320℃下放置48+1 0
小时。该还原步骤可使得Cu 到Cu 的转化最大化,没有如上所述的约50%的损失。
实施例
[0025] 通过球磨把Cu-掺杂的玻璃料变小成颗粒,然后与有机粘合剂结合来制备“糊料”。然后把糊料丝网印刷到所需的可容性的玻璃基材上。热加工顺序如下:350℃下保持1小时,然后在600℃下保持2小时,导致在基材上形成一层致密的含Cu的玻璃。
[0026] Cu-玻璃料玻璃层的平均厚度为15um。进一步处理基材和玻璃层,从而把玻璃层中的Cu离子还原成Cu-金属纳米颗粒。这通过在纯H2中于450℃下处理5小时来进行。(可在更低温度和更短时间内进行该处理)。如从表6的杀菌(antibacterial)测试结果可知,抗微生物性能取决于铜的状态而不同。
[0027] 测试结果来自外部实验室“德克萨斯州抗微生物测试实验室(Antimicrobial Test Laboratory in Texas)”,其遵循EPA协议,且使用大肠杆菌(E.coli)ATCC作为细菌得到表6所示的结果。
[0028] 使用培养的革兰氏染色阴性大肠杆菌:DH5α-英杰公司(Invitrogen)目录编号I8258012,批号7672225,通过PucI9(英杰公司)质粒转换具有卡那霉素(Kanamycin)抗性,来进行杀菌测试。使用LB卡那霉素(Kan)肉汤(特科诺瓦公司(Teknova)#L8145)或胰蛋白酶大豆肉汤(特科诺瓦公司#T1550)开始细菌培养。将约2μL过夜培养的液体细菌悬浮液或者充满细菌的移液器头在琼脂平板上划线,并分入含2-3mL肉汤的封盖试管中,在37℃的振荡培养箱中培育过夜。第二天,把细菌培养物从培养箱中取出,并用PBS洗涤25
次。测定光密度(OD),将细胞培养稀释到约1x10CFU/ml的最终细菌浓度。把细胞置于包TM
含铜的聚丙烯酸类表面和对照聚丙烯酸类表面(1x1英寸)上,用封口膜(Parafilm )覆盖,并在饱和湿度下于37℃下培养6小时。之后,收集各个表面的缓冲液,用冷却的PBS清洗两次盘。混合各孔的缓冲液和清洗液,使用表面扩散板法进行菌落计数。
[0029] 在几种示例玻璃层上进行杀菌测试例如杀菌干燥测试。把各测试样品玻璃切割成2
1x1英寸 的载玻片,并以3个平行样置于培养皿中。没有掺杂铜(未涂覆的)载玻片作为阴性对照。在测试那天之前,把革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)至少连续培养3天,接种物培养至少48小时。细菌培养物进行漩涡处理,把血清(5%最终浓度)和曲拉通(Triton)X-100(最终浓度0.01%)添加到接种物。用20微升等份的细菌悬浮液接种各样品,使样品在室温下于42%的相对湿度下干燥30~40分钟。就在样品干燥之后,开始计算2小时的暴露时间。2小时之后,把4毫升的PBS缓冲液添加到各培养皿中。振摇之后,收集来自各培养皿的所有溶液,并置于胰酶解酪蛋白大豆琼脂板上。在37℃培养箱中继续培养24小时之后,检测细菌群落形成。基于玻璃和对照玻璃的菌落数目,使用几何平均数来计算对数减少和百分数减少。
[0030] 表1-5显示示例性玻璃料组合物。
[0031]
[0032]
[0033] 表2
[0034]实施例 13 14 15 16 17 18
(摩尔%)
SiO2 43.4 43.38 40.88 40.88 43.4 43.38
B2O3 35.3 38.29 38.29 38.29 38.3 38.29
Na2O 6.3 0
K2O 1.8 8.33 8.33 8.33 13.3 13.33
ZnO 5 5 2.5 2.5 5 5
Li2O 3 0
CuO 5 5 10 10 1 0.5
Tg(℃) 459 449
CTE(10-7/℃) 65* 67* 83** 85**
软化点(℃) 698* 608*
[0035] *在350℃下烧结1小时,625℃下烧结2小时
[0036] **在625℃下烧结1小时
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 本领域的技术人员显而易见的是,可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下,对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此,本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式,只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。
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